滲氮處理對金屬-活性炭還原NO活性的影響研究.pdf

1、隨著世界人口的增長、人類經(jīng)濟(jì)活動和生產(chǎn)的迅速發(fā)展，煤、石油和天然氣等能源需求不斷增加，與此同時，也給大氣環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染問題。NOx除可造成一次污染外，還會造成二次污染，它在一定條件下會與大氣中的其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成硝酸根離子(NO3-)、臭氧(O3)和細(xì)顆粒物等多種二次污染物，從而導(dǎo)致光化學(xué)污染、大氣酸沉降、近地面臭氧和水體富營養(yǎng)化等二次污染問題，而此類二次污染的危害甚至超過NOx本身造成的危害，對人類身體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大

2、的危害，NOx已成為當(dāng)前大氣污染防治的主要對象。我國NOx的工業(yè)源排放情況十分嚴(yán)重，這些排放源常集中分布在城市或者工業(yè)密集區(qū)域，其排放口低，NOx濃度很高，其危害性和潛在危害性大，因此，治理工業(yè)高濃NOx廢氣刻不容緩。 目前用于治理NOx廢氣的技術(shù)很多，主要有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、光催化氧化法、再燃脫硝技術(shù)、生化處理法等。這些技術(shù)各有優(yōu)勢，但也存在明顯的不足，高效、經(jīng)濟(jì)的NOx治理技術(shù)的開

3、發(fā)已成為該領(lǐng)域的研究熱點。近年來，一種利用活性炭物質(zhì)作還原劑還原高濃NOx廢氣的新技術(shù)，引起了各國研究者的極大興趣。活性炭在適宜的反應(yīng)條件下也擁有良好的脫硝性能，與氣態(tài)的還原組分(如氨氣、甲烷等)相比，其具有來源豐富、成本低廉、不會產(chǎn)生如氨氣泄漏造成的二次污染等優(yōu)點，在脫硝領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。 制備炭材料的前驅(qū)體中常含有金屬礦物質(zhì)，它們對活性炭的滲氮有潛在影響，金屬氧化物可能會和炭表面含氮化合物C(N)對C-NO反應(yīng)產(chǎn)生協(xié)同

4、作用。本論文通過氨氣熱處理法對活性炭和負(fù)載金屬活性炭進(jìn)行了滲氮改性處理，借助元素分析、X射線光電子能譜分析和熱重分析等檢測手段對滲氮金屬／活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，研究了滲氮處理對活性炭表面物化性質(zhì)的影響規(guī)律。同時在固定床反應(yīng)器中，通過程序升溫實驗(TPR)和等溫反應(yīng)實驗(ISOR)，考察了改性活性炭的反應(yīng)活性和選擇性，并關(guān)聯(lián)表征分析，探討了滲氮對活性炭還原NO反應(yīng)的影響機(jī)理。結(jié)論如下： 1、滲氮處理可以明顯影響活性

5、炭表面化學(xué)性質(zhì)。滲氮處理后，活性炭體相和表面的氧含量降低，氮含量顯著增加，滲入的氮原子大多位于石墨層結(jié)構(gòu)的邊緣，主要以N-5和N-6形態(tài)存在，滲氮的活性中心是炭表面C-OH基團(tuán)。Fe2O3的存在對活性炭滲氮有促進(jìn)作用，滲入的氮原子更多以N-6(N-X)形態(tài)存在，鐵/活性炭的滲氮活性中心是C=O基團(tuán)。 2、在有氧條件下，滲氮處理后，活性炭起始反應(yīng)溫度比滲氮前降低了約200℃，同時活性炭的低溫反應(yīng)活性和選擇性有所提高，表面含氮官能

6、團(tuán)可能作為催化活性中心促進(jìn)了C-NO反應(yīng)的進(jìn)行。 3、通過氨氣熱處理法對負(fù)載Ag、Fe、Mn、Co、Ni、Cu等不同金屬的活性炭進(jìn)行滲氮處理，對比C-NO反應(yīng)活性的變化，發(fā)現(xiàn)滲氮對Fe/活性炭還原NO反應(yīng)的催化活性最好，而且Fe/活性炭自身對還原NO反應(yīng)的催化活性也很好，因此，選取Fe/活性炭來進(jìn)行滲氮處理，研究金屬鐵氧化物對活性炭滲氮效果的影響，并探討Fe2O3和表面含氮官能團(tuán)對C-NO反應(yīng)的協(xié)同促進(jìn)作用。 4、滲